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一 、係統概述
工程範圍：為日產2500噸新型幹法水泥生產線提供完整的集散控製係統（DCS），滿足水泥生產需要，為生產高品質水泥提供穩定性保障。
控製係統設計的總體目標
•為生產高品質水泥提供可靠的運行環境；
•提高整個水泥生產線的自動化水平；
•實現機組高品質運行，提高運行經濟性；
•提高運行人員工作效率，滿足機組運行全能值班要求；
•提高效益，降低能耗。
二、係統設計及應用時的設計思想
1、 功能設計：體現DCS建成後的自動化程度、處理事故能力（報警、分析、指導、處理等）及先進的控製策略等，以最大限度提高效益，降低能耗為設計思想。具體如下：
對象控製
•按工藝流程的自動化過程由DCS係統協調完成，達到能量平衡。
•保障機組安全、可靠、高效運行和啟停。
提高機組運行的技術經濟效益
•機組在額定參數的上限運行，使機組處於最佳運行工況。
•實現高自動化投入率，提高可靠性，減少誤操作，降低事故率。
完善的操作指導和事故分析手段
•機(ji)組(zu)的(de)運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)可(ke)由(you)很(hen)多(duo)監(jian)測(ce)參(can)數(shu)反(fan)映(ying)出(chu)來(lai)，當(dang)運(yun)行(xing)工(gong)況(kuang)出(chu)現(xian)異(yi)常(chang)時(shi)，一(yi)方(fang)麵(mian)進(jin)行(xing)超(chao)馳(chi)功(gong)能(neng)及(ji)過(guo)程(cheng)製(zhi)約(yue)機(ji)製(zhi)的(de)實(shi)行(xing)，一(yi)方(fang)麵(mian)提(ti)供(gong)相(xiang)關(guan)參(can)數(shu)、趨勢、圖表等高效方式通知運行人員及時處理。
•操作記錄打印、報警打印、事故追憶打印、周期性報表等功能，有助於機組的日常管理和事故分析。
•高效、便捷的係統在線維護。
2、 係統設計：體現DCS的高可靠性、先進性、易維護、易組態等為設計思想。具體如下：
可靠性設計
•所有部件標準化、通用化、模塊化。
•控製係統按分層、分散、自治的原則。
•所有I/O模件均為智能化設計，采用隔離措施，具有高共模抑製比和差模抑製比。並具有軟件數字濾波和消除偶發幹擾的措施。
維護性設計
•係統自診斷至通道級。
•選用模塊化的功能組態軟件，提高軟件透明度。
擴展性設計
•采用工業以太網網絡結構，通訊速率100mpbs，主幹網采用冗餘環網，各子站通過雙絞電纜掛接在主幹網絡上，有極強的通訊擴展能力。
•提供與其它係統的通訊接口，如工業以太網、PROFIBUS DP或MODBUS。
開放性設計
•支持國際標準數據接口，如OPC、ODBC、OLE、DDE、SQL等。
•支持SIS係統，實現對DCS數據的監控。
三、係統配置與功能實現
根據水泥生產的特點和實際I/O點的設計分布情況，進行以下設計方案，設計的基本功能包括：原料配料係統、生料磨係統、生料均化係統、燒成係統、窯頭係統、煤磨係統、電力係統、報警係統以及趨勢圖等，係統按工藝流程分別介紹如下：
1、原料配料係統
控製係統主要對水泥生產所需原料鐵粉、砂岩和石灰石的料位計進行自動化控製，實現各原料間的合理、高效配比。配料的目的是為了確定各種原料、燃料的消耗比例和優質、高產、低消耗地生產水泥熟料。其原則是：配製的生料易磨易燒，生產的熟料優質，生產過程易於操作控製和管理，並簡化工藝流程。
2、生料磨係統
粉磨是將小塊狀（粒狀）物料碎裂成細粉的過程。生料磨是將原料配合後粉磨成生料的工藝。主要包括生料磨、選粉機以及粉塵回收功能等。合理的生料磨係統對保證生料質量和產量，提高熟料的質量和產量，降低單位產品電耗等有重要意義。
3、生料均化係統
生料均化是采用空氣攪拌及重力作用下產生的“漏鬥效應”，使shi生sheng料liao粉fen向xiang下xia降jiang落luo時shi切qie割ge盡jin量liang多duo層ceng料liao麵mian予yu以yi混hun合he。同tong時shi，在zai不bu同tong流liu化hua空kong氣qi的de作zuo用yong下xia，使shi沿yan庫ku內nei平ping行xing料liao麵mian發fa生sheng大da小xiao不bu同tong的de流liu化hua膨peng脹zhang作zuo用yong，有you的de區qu域yu卸xie料liao，有you的de區qu域yu流liu化hua，從cong而er使shi庫ku內nei料liao麵mian產chan生sheng徑jing向xiang傾qing斜xie，進jin行xing徑jing向xiang混hun合he均jun化hua。
4、燒成係統
燒成係統是將生料轉變為熟料的過程，直接決定水泥的產量和質量、燃料和襯料的消耗以及回轉窯的安全運轉。其關鍵技術是懸浮預熱技術、分解爐和回轉窯，分別承擔水泥熟料煆燒過程的預熱、分解以及燒成。
5、窯頭係統
窯頭係統的篦式冷卻機作用在於高效、快速地實現熟料與冷卻空氣之間的氣固換熱。在對熟料驟冷的同時，還有對入窯二次風及入爐三次風得到加熱升溫任務。
6、水泥粉磨及包裝為後期工程，暫未開工。
7、電力係統
主要是對生料電力室高壓櫃和燒成電力實高壓櫃實現實時監控。
8、網絡配置
shuinishengchandegegekongzhizhanjiweifensan，cishixitongdeanquanhendachengdushangqujueyukongzhiwangluodewendingxing。rongyuguangxianhuanwangjishudeshejiyucaiyongshidewomendeguochengkongzhiwangluojiweikekao，dadatigaolezhenggexitongdeanquanxishu。benkongzhixitongyingjianjiegouruxiatusuoshi：
係統從硬件結構上可分為：
（1）操作員站(OS站)和工程師站(ES站)
DCS係統配置4套獨立的操作員站（OS站），其中遠程配料、生料磨粉、燒成窯尾窯中、窯頭及煤磨一個OS站，即4個操作員站（每個操作站帶24吋液晶顯示器），在中央控製室還配有一個ES站。每套OS均采用成熟、可靠的DELL商用計算機。
OS站為操作員提供圖形、列表、操作、曆史數據再現等，可在打印機上輸出。運行Windows XP多任務網絡操作係統下的WINCC6.2應用軟件。所有OS站均為全能值班配置，圖像、操作、數據一致，實現現場啟停、監控、數據存儲的運行操作。
係統配置1套工程師站（ES站），采用成熟、可靠的DELL商用電腦。
ES站主要完成實時數據庫、控製塊、圖形、趨勢、報表等係統數據的生成和下裝，完成對係統的詳細自診斷和係統數據的列表和後備。運行Windows XP多任務網絡操作係統下的STEP7v5.4、WINCC6.2應用軟件。
可由電氣專業人員通過工程師站對係統進行組態、weihu。zhuanyegongchengshizaishouquandeqingkuangxia，keyizaixianchangduixitongjinxingzaixianhuolixianxiugai。tongshi，suoyouyunxingqingkuanghekongzhiluojijunkezaigongchengshizhanshangzhakan，zengjialeyonghuduixitongzhangwodechengdu，yijixitongruanjian、硬件的透明度。當不需組態時，可運行與操作員站完全相同的軟件。
整個係統配置2台網絡打印機，用於記錄打印和CRT圖象拷貝。打印機選用HP網絡打印機。
（2）遠程I/O站
係統由西門子CPU和億維UNIMAT的遠程I/O站配合組成，每個分布式I/O站都采用億維的UNIMAT的UN 300係列模塊，通過153接口模塊和S7-400中央控製站進行PROFIBUS-DP通信。其中有UN 300係列的UN 321-1BL00-0AA(32DI)，UN 322-1BL00-0AA0(32DO)，UN 331-1KF01-0AB0(8AI)，UN 331-7KF02-0AB0(8TC)，UN 332-5HD01-0AB0(4AO)等，既節省了成本，又降低了能耗。
（3）冗餘的通訊網絡
CP443-1作為標準的工業以太網連接裝置，在物理層上采用高防護等級的通訊線纜，工業以太網的卡件上帶有CPU可以獨立處理通訊信號。高速工業以太網是在工業以太網的通訊協議的基礎上，將通訊速率提高到了100M/s。SIMATIC NET 中的高速以太網采用了全雙工並行(FDX)通訊模式，這種模式允許站點同時發送和接收數據，通訊速率可提高一倍。SIMATIC NET 在zai高gao速su以yi太tai網wang上shang還hai采cai用yong了le交jiao換huan技ji術shu，利li用yong交jiao換huan機ji模mo塊kuai將jiang整zheng個ge網wang段duan分fen成cheng若ruo幹gan子zi網wang，每mei個ge子zi網wang都dou可ke以yi獨du立li地di形xing成cheng一yi個ge數shu據ju通tong訊xun網wang段duan，可ke以yi大da大da地di提ti高gao通tong訊xun效xiao率lv。普pu通tong以yi太tai網wang上shang由you於yu網wang段duan上shang數shu據ju通tong訊xun阻zu塞sai的de存cun在zai，使shi得de網wang絡luo上shang實shi際ji通tong訊xun技ji術shu隻zhi有you40%，采用了全雙工並行通訊技術和交換技術後，使得網絡的通訊能力得以充分地利用。
DCS統計彙總表（I/O）
序號 設備名稱 DI DO AI AO 合計 備注
1 LCS01-DR1 配料遠程站 81 29 12 6 128
2 LCS01-DR2 窯尾遠程站 41 26 58 7 132
3 LCS01 原料係統現場站 248 69 73 11 401
4 LCS02 燒成係統現場站 303 98 131 30 562
合 計 673 222 274 54 1223
四、水泥生產的控製要點及策略
水泥生產工藝設備單機容量大、生產連續性強、對快速性和協調性要求高。為了提高企業的生產效率與競爭力，自動控製的實施至關重要。采用西門子的CPU和億維UNIMAT的遠程I/O站配合組成，能夠很好的滿足水泥行業以開關量為主、模擬量為輔且伴有少量調節回路的控製要求。
1、 石灰石破碎及輸送係統
石灰石破碎及輸送係統設備存在工藝聯鎖關係，采用“逆流程啟動,順流程停車”原則對設備進行順序控製。
shihuishiposuijishusongxitongdekongzhinandianzaiyushihuishiposuijiweiliaoliangdezidongkongzhi，yiposuijigonglvdebianhualaizidongtiaojiebanweijidesudu，shiqisudubaochizaiyaoqiudefanweineiyunxing，buzhiyuyouyubanweijisuduguogaoershishihuishiliaocangdeliaoxiekong，lailiaozhijieluozaibanweijishang，duishebeiqidaoyidingdebaohuzuoyong。
圖2 原料配料係統圖（參考《原料配料係統1.bmp》）
2、 生料製備係統
圖3 生料粉磨流程圖（參考《生料磨1.bmp》）
生料製備係統的工藝流程範圍：始自原料調配站的庫底，止於生料均化庫的庫頂，包括原料調配及輸送，包括原料粉磨、生料輸送入庫。控製要點與策略如下：
■ 生料質量控製（QCS）係統
QCS係統（質量控製係統）在水泥生產中被廣泛應用。生料質量控製（QCS）係統由在線鈣鐵熒光分析儀、計算機、調速電子皮帶秤等組成。智能在線鈣鐵熒光分析儀可進行自動取樣、製樣，並進行連續測定，由QCS係統進行配料計算，並通過DCSduidianzitiaosupidaichengxialiaoliangjinxingbilitiaojiehechengfenkongzhi，shishengliaosanlvzhibaochizaimubiaozhifujinbodong，congerdafudutigaoshengliaochengfenhegelvhezhiliangwendingxing。
■ 生料粉磨負荷控製係統
生料粉磨控製係統的控製難點在於磨機的負荷控製。當入料水分、硬ying度du發fa生sheng變bian化hua時shi，係xi統tong通tong過guo調tiao節jie入ru磨mo物wu料liao量liang來lai保bao證zheng磨mo機ji處chu於yu負fu荷he穩wen定ding的de最zui佳jia粉fen磨mo狀zhuang態tai，避bi免mian堵du磨mo或huo者zhe空kong磨mo發fa生sheng。對dui負fu荷he自zi控kong係xi統tong通tong常chang采cai用yong的de調tiao節jie方fang法fa有you：一是設置一個入磨量常數，穩態下的選粉機回粉入磨量加新喂料量與之相等；二是以提升機功率或者磨機電耳信號分別作為主控或監控信號適時調節；三是以選粉機回粉、提升功能、電耳等信號進行數學模型分析控製或極值控製。
立磨大多采用常數控製，球磨則多采用電耳或者提升機功率信號調節。
3、 生料均化庫控製
圖4 生料均化庫流程圖（參考《生料均化係統1.bmp》）
■ 生料預均化係統
生料預均化是通過控製均化庫底卸料電振機來實現的。生料預均化庫通常為長條形庫，庫底卸料電振機共26台分為兩組，每組13台，每台均能單獨實現時間程序控製，兩組電振機由一台可編程控製器（PLC）按一定時間程序進行卸料控製，從而達到不同時間進的料按一定比例預均化後進磨。
■ 生料均化係統
生sheng料liao均jun化hua是shi靠kao具ju有you一yi定ding壓ya力li的de空kong氣qi對dui生sheng料liao進jin行xing吹chui射she均jun化hua。通tong常chang在zai庫ku底di設she置zhi了le充chong氣qi裝zhuang置zhi，采cai用yong時shi間jian順shun序xu控kong製zhi策ce略lve，依yi據ju時shi序xu開kai停ting庫ku底di充chong氣qi電dian磁ci閥fa，使shi物wu料liao流liu態tai化hua並bing翻fan騰teng攪jiao拌ban，生sheng料liao混hun和he達da到dao均jun化hua目mu的de。
■ 計量倉料量的自動控製係統
利用計量倉的倉重信號自動調節生料庫側電動流量閥的開度，使稱重倉的料量保持穩定，從而保證計量倉下料量的穩定。
■ 生料均化庫下料控製
在生產過程中，燒成帶溫度一般要求控製在一個合適的範圍，因為它對熟料的質量至關重要。將生料量、fengjifengliangyushaochengdaiwendujieheqilaishedingshengliaoxialiaoliangdeshedingzhi，gaixitongtongguozidongtiaojie，liyonggutiliuliangjidefankuizhizidongtiaojiejiliangcangxiadiandongliuliangfadekaidu，shishengliaowendingzaishedingzhishang，congershideruyaodeshengliaobaochiwending，zuizhongbaozhangyaoxitongdewendingyunxing。
4、 煤粉製備係統
圖5 煤粉製備流程圖（參考《煤磨係統1.bmp》）
■ 出磨氣體溫度的自動控製
chumoqitiwenduzhijieguanxidaochumochengpinshuifenhexitonganquanyunzhuanwenti。weilequebaoshengchanchuhegedemeifen，tongshihaiyaobaozhengxitongwendubunengguogao，kongzhixitongzhongshezhilemojichukouqitiwenduzidongkongzhihuilu，tongguogaibianmojijinkoulengfengfamenkaidukongzhimojichukouqitiwenduwending。
■ 磨機負荷自動控製
煤粉倉內煤粉量變化過大會影響煤粉喂料部分計量精度，在正常生產中煤粉倉中煤粉量應盡量恒定；同時也要保證磨機的正常安全運轉，防止“滿磨”。采用了由磨機電耳信號自動調節磨頭定量給料機喂料量的自動控製回路。
5、 燒成係統
圖6 燒成窯尾流程圖（參考《燒成係統1.bmp》）
■ 分解爐喂煤量的計量與自動調節
分fen解jie爐lu的de溫wen度du是shi保bao證zheng回hui轉zhuan窯yao正zheng常chang運yun行xing的de一yi個ge重zhong要yao控kong製zhi參can數shu。在zai生sheng料liao量liang不bu變bian時shi，燃ran料liao和he空kong氣qi的de混hun和he比bi例li必bi須xu要yao正zheng確que地di控kong製zhi。故gu對dui分fen解jie爐lu的de溫wen度du進jin行xing計ji量liang，以yi便bian實shi現xian優you化hua控kong製zhi，通tong過guo自zi動dong增zeng減jian煤mei量liang對dui分fen解jie爐lu的de溫wen度du進jin行xing調tiao節jie，使shi其qi控kong製zhi在zai所suo需xu要yao的de設she定ding值zhi上shang。既ji能neng使shi分fen解jie爐lu保bao持chi最zui高gao的de分fen解jie率lv，又you不bu使shi其qi因yin溫wen度du過guo高gao而er導dao致zhi生sheng料liao粘zhan結jie，影ying響xiang窯yao係xi統tong的de正zheng常chang運yun行xing。
■ 預熱器出口壓力調節
預熱器出口壓力是反應係統風量平衡的一個主要指標，主要通過調節高溫風機閥門開度來實現預熱器出口壓力的控製。
■ 預熱器自動吹掃裝置
由you計ji算suan機ji按an一yi定ding的de時shi間jian順shun序xu規gui律lv定ding時shi接jie通tong相xiang應ying的de各ge級ji預yu熱re器qi上shang的de電dian磁ci閥fa，輪lun流liu打da開kai壓ya縮suo空kong氣qi管guan路lu，對dui預yu熱re器qi進jin行xing逐zhu級ji吹chui掃sao，以yi防fang結jie皮pi堵du塞sai影ying響xiang預yu熱re器qi係xi統tong的de正zheng常chang運yun行xing，吹chui掃sao時shi間jian人ren工gong設she定ding，一yi般ban為wei5s～20s。
圖7 燒成窯頭流程圖（參考《窯頭係統1.bmp》）
■ 窯頭負壓自動控製
窯頭負壓表征窯內通風及冷卻機入窯二次風之間的平衡。根據窯頭負壓自動調節電收塵器排風機進口閥門開度，以控製窯頭二次風量、窯尾三次風量、窯頭廢氣量三者的平衡，從而取得穩定煆燒和冷卻熟料之間的平衡。
■ 回轉窯的轉速控製
采用的策略是在穩定生料量、燃料量的前提下，通過對回轉窯轉速進行適當調整以維持整個窯係統的均衡穩定生產。
■ 篦冷機一、二室風量自動調節
二次空氣對於窯內燃燒的好壞、工作的穩定性和煆燒過程中的燃料消耗都有很大的影響。該係統控製目的就是通過穩定一、二(er)室(shi)風(feng)量(liang)，從(cong)而(er)穩(wen)定(ding)入(ru)窯(yao)新(xin)鮮(xian)空(kong)氣(qi)量(liang)，為(wei)窯(yao)的(de)穩(wen)定(ding)運(yun)行(xing)提(ti)供(gong)條(tiao)件(jian)，采(cai)取(qu)一(yi)室(shi)風(feng)量(liang)調(tiao)一(yi)室(shi)風(feng)機(ji)閥(fa)門(men)開(kai)度(du)，二(er)室(shi)風(feng)量(liang)調(tiao)二(er)室(shi)風(feng)機(ji)閥(fa)門(men)開(kai)度(du)的(de)控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)。
■ 篦冷機料層厚度自動調節
控kong製zhi篦bi冷leng機ji料liao層ceng厚hou度du，一yi則ze穩wen定ding二er次ci風feng溫wen，以yi穩wen定ding窯yao的de正zheng常chang運yun行xing，二er則ze可ke使shi熟shu料liao達da到dao最zui佳jia冷leng卻que。因yin篦bi冷leng機ji料liao層ceng厚hou度du難nan以yi檢jian測ce，故gu在zai控kong製zhi策ce略lve中zhong采cai用yong篦bi下xia壓ya力li調tiao篦bi速su，以yi穩wen定ding篦bi冷leng機ji料liao層ceng厚hou度du。對dui於yu二er段duan式shi篦bi冷leng機ji而er言yan，還hai涉she及ji到dao一yi、二段篦速比例調節。
6、 廢氣處理係統
廢(fei)氣(qi)處(chu)理(li)係(xi)統(tong)的(de)關(guan)鍵(jian)在(zai)於(yu)對(dui)增(zeng)濕(shi)塔(ta)的(de)噴(pen)水(shui)量(liang)的(de)控(kong)製(zhi)，控(kong)製(zhi)策(ce)略(lve)根(gen)據(ju)增(zeng)濕(shi)塔(ta)出(chu)口(kou)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)噴(pen)嘴(zui)個(ge)數(shu)，以(yi)增(zeng)濕(shi)降(jiang)溫(wen)提(ti)高(gao)電(dian)收(shou)塵(chen)器(qi)的(de)收(shou)塵(chen)效(xiao)率(lv)，增(zeng)濕(shi)塔(ta)出(chu)口(kou)溫(wen)度(du)一(yi)般(ban)控(kong)製(zhi)在(zai)130 度左右。
7、 水泥粉磨與輸送係統
■ 喂料量控製
喂料量要求均勻、穩定，以磨音信號和出磨提升機的功率來調節入磨喂料量
■ 出磨氣體溫度的自動控製
通過對磨機通風量的調節來控製出磨氣體溫度
■ 選粉機的調節與控製
■ 熟料的存儲與輸送
輸送與存儲設備之間存在工藝聯鎖關係，采用“逆流程啟動,順流程停車”原則對設備進行順序控製
8、電力係統
圖8 電力係統
五、使用效果分析
本DCS係統采用西門子CPU和億維UNIMAT的遠程I/O站zhan配pei合he組zu成cheng，建jian成cheng後hou投tou運yun至zhi今jin，運yun行xing一yi直zhi穩wen定ding可ke靠kao，控kong製zhi精jing度du完wan全quan滿man足zu設she計ji要yao求qiu，既ji節jie省sheng了le成cheng本ben，又you降jiang低di了le能neng耗hao，提ti高gao了le效xiao益yi，完wan全quan實shi現xian了le預yu期qi的de目mu標biao。
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